第1章 現代交通新能源技術發展現狀

1.1 現代交通運輸隊環境的影響

1.1.1 環境污染

目前，大部分燃油類地面交通車輛依靠碳氫化合物類燃料的燃燒，來獲得驅動能量。很多情況下，熱力發動機內的碳氫化合物類燃料燃燒是非理想化的，即除生成二氧化碳（CO₂）和水（H₂O）外，還含有一定量的一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NO_x）、鉛（Pb）、細微顆粒物及硫化物等，這些生成物不僅污染環境，對人體也是有危害的。此外，這些一次污染物還會通過大氣化學反應生成光化學煙霧、酸沉降等二次污染物。全球大氣污染的42%源于交通車輛產生的污染。隨著城市機動車數量的快速增長，機動車排放的尾氣已成為城市大氣污染的主要污染源。一些機動車排放的污染物對多項大氣污染指標的貢獻率已達70%。綜上，必須研究改善城市機動車排放污染的對策和措施。

主要機動車排放污染物對環境的影響情況見表1-1-1。

表1-1-1 主要機動車排放污染物對環境的影響情況

（續）

1.1.2 全球變暖

受人類活動的影響，溫室氣體和硫化物氣溶膠的濃度增加過快，有科學家預測，未來100年全球平均地表溫度將上升1.4～5.8℃。

全球變暖是“溫室效應”的結果，而“溫室效應”是由二氧化碳和其他溫室氣體（如大氣中的甲烷）所引發的。這些氣體吸收了由地面反射的日光波譜的紅外輻射，使自身升溫。地球溫度升高會破壞生態系統，引發影響人類的許多自然災害，加劇氣候變化風險。

近幾十年的觀測表明，人類活動是造成氣候變暖的主要原因之一。人類社會對能源的大量消耗帶來了溫室氣體排放問題，而氣候變暖正源于大氣中聚集了二氧化碳等大量溫室氣體。二氧化碳是碳氫化合物和煤燃燒的產物，是全球最重要的溫室氣體，是造成氣候變暖的主要原因。雖然二氧化碳可被植物吸收，并由海洋以化合成碳酸鹽的方式收集，但這些自然同化過程是有限的，不可能同化所有已排放的二氧化碳，其結果是在大氣中形成二氧化碳的累積。

交通領域的二氧化碳排放問題是我們關注的重點。據國際能源機構（International Ener-gy Agency，簡稱IEA）估計，城市機動車二氧化碳總排放量將從1990年的29億噸增加到2020年的60億噸。可見，機動車對地球環境造成了巨大影響。

控制消費和節約能源是減少二氧化碳排放量的重要途徑。僅在工業發達國家，人均能源消費指數為1～3不等，這表明節約能源的余地是極大的。當然，還可以考慮保持適當的消費水平，同時用那些不會產生溫室效應的能源來取代那些會造成污染的能源。

為減少機動車對全球氣候變暖的影響，削減二氧化碳的排放量，機動車應盡量采用小排量發動機和稀薄燃燒發動機，最大限度地提高能源利用效率。目前，各國已開始制定并實施城市機動車二氧化碳排放法規。2008年，歐盟要求小型汽車二氧化碳排放量不高于140g/km，對于汽油車，對應的油耗是6L/100km以下；2012年，不高于120g/km；2020年，不高于100g/km。如果我國大力推廣一系列新能源技術，包括電動汽車技術、天然氣汽車技術和以天然氣為燃料的內燃機技術，到2030年，我國機動車的二氧化碳排放總量有可能降低45%。

1.1.3 能源現狀

石油是從地下采掘的礦物燃料，是活性物質分解后的產物，這些物質幾百萬年前被埋藏在穩定的地質層中。其變化過程大致如下：活性物質（主要是植物）死亡，并慢慢地被沉積物所覆蓋。這些沉積物日積月累形成半固體層，且變態為巖石。活性物質就封存在一個密閉的空間內，在高壓和高溫作用下，緩慢地轉化為碳氫化合物或煤等物質。

地球能源主要包括石油、天然氣和煤炭等，而目前全球交通運輸業的燃料絕大部分來自石油及其衍生品——汽油和柴油等。根據2017年《BP世界能源統計年鑒》發布的數據，2016年，全球探明石油儲量增加了150億桶（0.9%），總量達到1.707萬億桶，按照2016年產量水平，能滿足全球50.6年的產量。全球石油用量增長強勁，增幅1.6%，日用量增加160萬桶，連續第二年高于10年平均增速。

全球探明煤炭儲量足夠滿足153年的全球產量，大約是石油和天然氣儲量的三倍。分地區而言，亞太地區擁有最多的探明儲量（占總量的48.5%），其中我國的儲量占全球總量的21.4%。

截至2016年底，全球天然氣探明儲量為186.6萬億m³，增加了1.2萬億m³（0.6%）。與石油儲量相似，這一儲量也可保證多于50年的全球產量。

根據2017年《BP世界能源統計年鑒》發布的數據，我國占全球能源消費量的23%，全球能源消費增長量的27%，仍然是世界上最大的能源消費國。盡管煤炭仍是我國能源消費中的主要燃料（占比為62%），但是其產量下降了7.9%，創下自1981年開始追蹤產量數據以來的最大年度降幅。預計到2020年，我國能源消費總量約為45.9億噸標準煤，其中煤炭占一次能源比重降至58.2%，天然氣比重升至8.9%，非化石能源比重升至15%。

石油的消耗量（對應的生產量）與發達國家和發展中國家的經濟增長同步逐年增加。其中，隨著某些人口大量聚居國家的迅速發展，石油消耗量很可能大幅增加，特別是在亞太地區。而石油消耗量激增，將導致污染物迅速擴散和二氧化碳排放量成正比增加。

石油在交通領域的消費逐年增長。國際能源機構（IEA）的統計數據表明，2001年全球57%的石油消費在交通領域（其中美國達到67%）。預計到2020年，交通用油將占全球石油總消耗量的62%以上。美國能源部預測，2020年后，全球石油需求與常規石油供給之間將出現凈缺口，2050年的供需缺口幾乎相當于2000年全球石油總產量的兩倍。

我國是一個能源短缺的國家，已探明石油儲量約160億桶，約占全球儲量的1.1%，但同時又是一個能源消費大國。我國的石油消耗量僅次于美國，位居世界第2位，石油消費年均增長率達6%以上。

目前全球汽車保有量約9億輛，預計到2030年汽車保有量將突破20億輛，主要增量來自發展中國家。我國汽車產量逐年增加，2009年我國共生產汽車1379萬輛，居世界第1位，而且遠遠領先于排名第2位的日本（793.45萬輛）。此后我國已連續數年成為世界第一汽車生產大國和第一新車銷售市場。

我國汽車保有量也增加迅速，預計到2020年，全國汽車保有量將達1.75億輛。在石油進口依存度持續上升的情況下，國際石油價格直接影響到我國的能源安全、經濟安全乃至國家安全。

在交通領域，汽車消費的快速增長導致石油消耗量加速增長。我國機動車燃油消耗量約占全國總油耗的1/3，這也使我國的石油對外依存度每年都在攀升。有關資料顯示，目前我國石油消耗的60%以上依賴進口，到2020年將增至76%。此外，汽車的汽油消耗量約占全國總消耗量的87%，柴油消耗量則占全國總消耗量的38%左右。從我國單車耗油量來看，單車平均耗油量的實際值約2.5噸，比美國高10%～25%，比日本高1倍以上。